[發明專利]一種機械手關節角度測量系統、平臺及測量方法

有效

• 申請號: 201810791427.6
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN108917589B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 茍銘浩;黃宇秋;王晰;張沛晗;盛鑫軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01B21/22
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種機械手關節角度測量系統、平臺及測量方法，涉及角度傳感領域，測量系統包括多個固連于被測物體上的測量單元，每個測量單元包含一塊加速度?角速度?磁場傳感器和若干貼片電阻、濾波電路、印刷電路板以及FPC排線組件，上述器件載于印刷電路板上，通過FPC排線組件供電并與外部通信；本發明根據測量單元讀取磁場與重力場數據，通過數據擬合、校準、計算得出兩個測量單元間的角度；本發明測量系統可安裝在被測關節絕大多數位置，避免傳統角度傳感裝置安裝時與電機、軸承等裝置相互干涉問題，降低傳感系統的復雜性和機械設計的難度，使機械手結構簡單，可靠性更好，降低測量成本，減小測量系統的體積。

技術領域

本發明涉及角度傳感領域，尤其涉及一種機械手關節角度測量系統、平臺及測量方法。

背景技術

目前，在對機械手的控制過程中，對手指角度的傳感是實現控制的基礎。目前存在若干以聲、光、電、磁等為原理的角度傳感裝置，但大多價格高昂，而且裝置復雜、體積較大，不利于機械設計以及裝配，為設計帶來很大難度，同時也讓設備變得冗雜。

慣性傳感器是一種用來測量系統加速度、角速度的傳感器，一般由加速度傳感器和陀螺儀構成。其中，加速度傳感器測量得到的加速度由重力加速度與物體的絕對加速度構成。將加速度傳感器固連在被測量系統上，在靜止的情況下，可以利用加速度傳感器測量得到重力在傳感器各軸方向上的分量。一個系統的空間取向由方位角，橫滾角以及俯仰角構成僅僅使用重力傳感器可以得到系統的俯仰角和橫滾角，但是不能夠得到方位角信息，因此不能得到系統的全部空間取向信息。磁場傳感器是基于霍爾效應等電磁感應效應的測量傳感器所在位置磁場的傳感器。在地球表面的絕大多數地方，存在著穩定的地磁場，其強度約為0.5-0.6高斯。在一個很小的局部，地磁場可以被認為為勻強磁場，因此其和重力場相同，也可以作為系統空間取向的一個絕對參考。通過測量重力場和磁場信息，可以計算得到系統的全部空間取向信息。

對于機械手的關節，原則上，通過測量關節兩桿連體坐標系下的重力場和磁場信息，能夠計算兩桿的全部空間取向，進而計算任意兩者之間的相對角度，但計算過程復雜，需要耗費較長的時間，若考慮到傳感器采集的原始數據存在誤差，需要對數據進行預處理，耗費的時間將更長。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種機械手關節角度測量系統、平臺及測量方法，該系統為基于加速度-角速度-磁場傳感器的機械手關節角度測量系統，該平臺為應用上述加速度-角速度-磁場傳感器的機械手關節角度測量系統的機械手平臺。本發明測量系統十分便于小型化，可以安裝在被測量關節上的絕大多數位置，十分靈活，避免了傳統的角度傳感裝置(如編碼器)安裝在關節處時與電機、軸承等裝置相干涉的問題，利用本發明測量系統的測量平臺可大大降低傳感系統的復雜性和機械設計的難度，使得機械手結構簡單，可靠性更好。本發明還提供了一種利用校準后的重力場和磁場信息，不解算每桿的位型而直接計算機械手關節兩桿間角度的方法。與傳統方法相比，本發明大大降低了測量成本，顯著減小了測量系統的體積，提高了解算速度，縮短了數據處理時間。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是在機械手關節角度測量中如何讓讀取數據的測量系統小型化，從而降低傳感系統的復雜性和機械設計的難度，使得機械手結構簡單，減小成本，方便安裝，以及如何更加簡便地解算所讀取的數據從而使得提高解算速度，解算耗時縮短。

為實現上述目的，本發明提供了一種機械手關節角度測量系統、平臺及測量方法，本發明測量系統是基于加速度-角速度-磁場傳感器的機械手關節角度測量系統，該平臺為應用上述加速度-角速度-磁場傳感器的機械手關節角度測量系統的機械手平臺。